浅谈岩石蠕变声发射试验对岩体路基稳定性监测应用与展望

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1、浅谈岩石蠕变声发射试验对岩体路基稳定性监测应用与展望　　摘要：首先介绍了岩石蠕变的相关概念以及声发射在岩石稳定性监测中的应用，然后根据声发射在室内试验研究的相关文献，对岩石在单轴压缩与蠕变状态下声发射试验做了综述，并根据试验结果简要分析了两种状态下声发射参数特征，最后对应变与声发射参数的关系判定岩石蠕变与单轴压缩状态的方法借鉴至岩体路基稳定性的监测中进行了展望，同时指出了今后研究的重点与方向。　　关键词：岩体路基；声发射；蠕变；稳定性；监测　　引言　　随着高铁与高速公路的快速发展，岩体工程的稳定性问题越来越

2、得到关注。在路基以及隧道的边坡开挖过程中，工程师既要保证施工期间岩体的稳定性，还要考虑地基沉降满足通车运营要求。在岩石蠕变的研究中，声发射监测技术是重要的研究手段。岩石蠕变声发射研究发展至今，已有了许多的研究成果，目前较少对相关成果进行整理和归纳，本文主要整理了近年部分有关声发射在室内试验中的研究文献，并基于此提出岩石蠕变声发射研究方向并将其应用至岩体路基边坡、地下矿井等工程的稳定性监测进行展望。　　1相关概念的阐述　　岩石蠕变是指岩石在恒定荷载作用下，变形随着时间的推移而逐渐增大的现象；声发射信号是声发射

3、仪器将材料内部微裂纹因外部荷载作用下不断孕育、发展所释放的弹性波进行转化所得到的信号。　　2岩石声发射研究现状　　由于在实际的工程中，岩体的应力状态较为复杂，例如在边坡的开挖过程中，岩体的截面不断减小，应力不断增大，类似于单轴压缩状态，当开挖停止或缓慢进行时，应力状态几乎不变或增加缓慢，类似于蠕变状态，为了更好研究岩石在开挖时开挖后的稳定性情况，本文在整理岩石蠕变声发射文献的基础上还整理了部分相关岩石单轴压缩声发射的研究。相对于蠕变声发射，岩石在单轴压缩声发射方面的研究已有多年，主要探究岩石在单轴压缩状态下

4、应变、应力等力学物理参数与声发射各参数的关系，以下为部分代表性研究内容。　　陈宇龙[1]等人通过砂岩的单轴压缩声发射试验，发现了岩石轴向、横向、体积等应变之间的关系，以及声发射特性。吴永胜[2]等人研究了岩石在单轴压缩状态下AE活动规律，分析了岩石破坏机理，发现能率较声发射率更适合预测岩石破坏。赵玉成[3]等人利用AE振铃计数率以及能率分析了煤岩的损伤过程，并得到了各阶段的损伤临界值。苏承东[4]等人通过单轴压缩条件下两种尺寸煤样声发射试验，对比了两种煤样的AE特征，发现大尺寸煤样的AE特征更适合预测煤岩的

5、动力灾害。纪洪广[5]等人通过在不同应力水平下粉砂岩的声发射试验，发现在较低的应力水平下，AE事件很少，当应力水平提高，AE事件相对活跃。文献[6]通过不同加载方式下砂岩的声发射试验，发现在单轴压缩状态下岩样在变形的各个阶段具有各不相同的声发射特征；在常规三轴状态下，试样AE事件主要出现在屈服阶段和峰值后破坏阶段；在三轴卸围压时，AE事件主要出现在试样卸围压过程中。　　在岩石蠕变声发射研究方面。由于岩石发生蠕变破坏的时间较长，早期声发射仪器连续作业时间有限，国内相关研究一直不多。以下为近几年部分相关文献。徐

6、子杰[7]等人通过不同应力水平下大理岩的蠕变声发射试验，分析岩石蠕变损伤以及破坏的规律，发现AE数在压密与弹性阶段较少，随后加载破坏时显著增加。杨永杰[8]等人通过分级加载声发射试验，发现通过声发射特征能较好表征煤岩蠕变各阶段的损伤过程。龚囱[9]等人通过进行红砂岩分级循环加卸载的声发射试验，发现了岩样在蠕变的三个阶段中的声发射能量和振幅特征。王煜曦[10]等人当法向力不变的情况下，分别进行断裂砂岩在压剪破坏与巴西拉破坏的蠕变分级剪切试验。发现了两种破坏形式的岩石在不同的蠕变分级剪切阶段AE能率和蠕变剪切位

7、移之间的关系。王德超[11]等通过蠕变试验研究发现：随着压力上升岩石AE信号不断增强；当压力稳定后，声发射信号有所减弱，整体的变化趋势平稳。岩石抗压强度和AE能量的最大值表现为正相关性。武晋文[12]等人通过对花岗岩在3种不同温度、轴压以及围压条件下蠕变声发射试验，研究对比了不同条件下岩体的蠕变声发射特征。文?I[13]进行了分级加卸载条件下短时蠕变试验，研究分析了红砂岩在蠕变三个阶段的声发射b值特征。赵奎[14]等人分析在不同应力水平下岩石蠕变声发射主频的变化规律，发现随着应力水平的增大，频带相应变宽。　

8、　3总结与展望　　综上所述，通过声发射监测岩石稳定性具有较强的可行性，在岩体路基、地下矿井开挖过程中可有效对边坡、矿柱等类似岩体进行监测。在开挖进行与停止过程中，岩体截面不断减小或不变，轴向应力不断增大或恒定，通过岩石在单轴压缩与蠕变状态下发射特征可较好的判断岩柱的应力状态，从而进行稳定性分析。尤其在岩体路基中，由于在蠕变和单轴压缩状态下声发射参数与岩石应变的关系不同，可通过声发射与岩石应变的关系对边坡的变形进行